図面 (/)

技術 内燃機関の排気ガス浄化装置

出願人 三菱自動車工業株式会社三菱自動車エンジニアリング株式会社
発明者 木村洋之小島光高岡田公二郎信ヶ原恵畠道博川島一仁古賀一雄前原和人石井肇
出願日 2007年12月25日 (12年6ヶ月経過) 出願番号 2007-332378
公開日 2009年7月16日 (10年11ヶ月経過) 公開番号 2009-156070
状態 特許登録済
技術分野 排気の固体成分の処理 排気の後処理 触媒による排ガス処理
主要キーワード 排気管部分 入口端面 筒形部材 燃料噴射通路 飛翔距離 角部付近 噴射流 ディーゼルエンジン車
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2009年7月16日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

本発明は、燃料噴射流の過大な偏向が抑えられる内燃機関排気ガス浄化装置を提供する。

解決手段

本発明の内燃機関の排気ガス浄化装置は、排気管部15に形成した屈曲部15aとして、エンジンから排気された排気ガスを、直下流に配置されている触媒5の入口端面5aと排気管部15の屈曲方向外周側の壁面15bとがなす角部付近Aへ導入させる構造とした。そして、触媒5に供給する添加剤が、屈曲部15aの屈曲方向外周側から、角部付近Aの直上を横切りながら触媒5の入口端面5aへ噴射するよう、燃料添加弁23を設けた。これにより、角部付近Aに発生する圧力により、燃料の噴射流αの向きが所定の向きに一定に保たれるようにした。

概要

背景

ディーゼルエンジン車(車両)の排気ガス浄化には、ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれるNOx(窒素酸化物)やPM(パティキュレートマター)の大気への放出を防ぐために、NOxトラップ触媒選択還元型NOx触媒パティキュレートフィルタディーゼルパティキュレートフィルタ)などを組み合わせた排気ガス浄化装置が用いられる。

こうした排気ガス浄化装置には、エンジンから排気された排気ガスを外部へ排気する排気管内に、前段触媒と呼ばれる、酸化触媒(酸化触媒)やNOx浄化触媒(NOxトラップ触媒や選択還元型NOx触媒)などの触媒を設け、触媒の上流側、例えば酸化触媒の上流に、該触媒の反応に求められる燃料噴射する燃料添加弁還元剤を添加するもの)などを設けた構造が採用されつつある。

このような排気ガス浄化装置では、エンジンの冷態時の浄化効率を高めるために、エンジンの排気側に前段触媒を近付けて配置することが行われる。
しかし、エンジンルームスペースが限られている。そのため、多くは特許文献1に示されるように、例えばL形屈曲した屈曲部を有した排気管部を用いて、屈曲部から直下流に前段触媒を設置する箇所を確保し、屈曲部の屈曲方向外周側から、屈曲部の直下流に設置した触媒の入口端面へ燃料を噴射する構造が用いられる傾向にある。
特開2005−127260号公報

概要

本発明は、燃料の噴射流の過大な偏向が抑えられる内燃機関の排気ガス浄化装置を提供する。本発明の内燃機関の排気ガス浄化装置は、排気管部15に形成した屈曲部15aとして、エンジンから排気された排気ガスを、直下流に配置されている触媒5の入口端面5aと排気管部15の屈曲方向外周側の壁面15bとがなす角部付近Aへ導入させる構造とした。そして、触媒5に供給する添加剤が、屈曲部15aの屈曲方向外周側から、角部付近Aの直上を横切りながら触媒5の入口端面5aへ噴射するよう、燃料添加弁23を設けた。これにより、角部付近Aに発生する圧力により、燃料の噴射流αの向きが所定の向きに一定に保たれるようにした。

目的

このため、反応のための燃料が前段触媒へ均一に供給されず、前段触媒が、その機能を十分に発揮できない問題があった。
そこで、本発明の目的は、添加剤の噴射流の過大な偏向が抑えられる内燃機関の排気ガス浄化装置を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
2件

この技術が所属する分野

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

触媒が内部に収められた排気管部と、前記触媒から直上流の排気管部を屈曲させて形成され、エンジンから排気された排気ガスを、前記触媒の入口端面と前記排気管部の屈曲方向外周側の壁面とがなす角部付近へ導入させ、前記角部付近の圧力を排気ガスとの衝突により上昇可能とした屈曲部と、前記屈曲部の屈曲方向外周側に、前記触媒に供給する添加剤が、前記角部付近の直上を横切りながら前記触媒の入口端面へ噴射するように設けられた添加剤噴射弁とを具備したことを特徴とする内燃機関排気ガス浄化装置

請求項2

前記添加剤噴射弁は、前記角部付近の直上を斜めに横切るように添加剤を噴射するものであることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。

請求項3

前記添加剤添加弁は、前記屈曲部を流れる排気ガス流から、遠ざけて設けられていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。

請求項4

前記屈曲部から前記触媒の入口端面までの排気管部が、前記屈曲部の出口側から徐々に流路面積拡張する拡張部で形成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一つに記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。

技術分野

0001

本発明は、触媒に供給される添加剤噴射を行う構造をもつ内燃機関排気ガス浄化装置に関する。

背景技術

0002

ディーゼルエンジン車(車両)の排気ガス浄化には、ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれるNOx(窒素酸化物)やPM(パティキュレートマター)の大気への放出を防ぐために、NOxトラップ触媒選択還元型NOx触媒パティキュレートフィルタディーゼルパティキュレートフィルタ)などを組み合わせた排気ガス浄化装置が用いられる。

0003

こうした排気ガス浄化装置には、エンジンから排気された排気ガスを外部へ排気する排気管内に、前段触媒と呼ばれる、酸化触媒(酸化触媒)やNOx浄化触媒(NOxトラップ触媒や選択還元型NOx触媒)などの触媒を設け、触媒の上流側、例えば酸化触媒の上流に、該触媒の反応に求められる燃料を噴射する燃料添加弁還元剤を添加するもの)などを設けた構造が採用されつつある。

0004

このような排気ガス浄化装置では、エンジンの冷態時の浄化効率を高めるために、エンジンの排気側に前段触媒を近付けて配置することが行われる。
しかし、エンジンルームスペースが限られている。そのため、多くは特許文献1に示されるように、例えばL形屈曲した屈曲部を有した排気管部を用いて、屈曲部から直下流に前段触媒を設置する箇所を確保し、屈曲部の屈曲方向外周側から、屈曲部の直下流に設置した触媒の入口端面へ燃料を噴射する構造が用いられる傾向にある。
特開2005−127260号公報

発明が解決しようとする課題

0005

ところが、同構造だと、屈曲部の外周側から触媒へ噴射される燃料の噴射流は、屈曲部を曲がりながら通過する排気ガスと混じり合うために、常に、屈曲部を通過した排気ガス流により、屈曲部の内周側から外周側へ向って押される傾向にある。
このため、エンジンの排気ガスの流量や流速が増す高負荷運転のときは、排気ガス流による燃料の噴射流が内周側から押す力が増大して、触媒の入口端面の所定位置、例えば中央から、触媒の外周側へ偏る。またエンジンの排気ガスの流量や流速が減少する低負荷運転ときは、反対に噴射流を押す力が小さくなり、触媒の上記とは反対側の外周側へ偏る。こうした噴射流の偏向は、エンジンの運転状態挙動がそのまま表れるため、噴射流の偏向量が過大になりやすい。

0006

このため、反応のための燃料が前段触媒へ均一に供給されず、前段触媒が、その機能を十分に発揮できない問題があった。
そこで、本発明の目的は、添加剤の噴射流の過大な偏向が抑えられる内燃機関の排気ガス浄化装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0007

請求項1に記載の発明は、上記目的を達成するために、屈曲部には、エンジンから排気された排気ガスを、触媒の入口端面と排気管部の屈曲方向外周側の壁面とがなす角部付近へ導入させて、角部付近の圧力を排気ガスとの衝突により上昇可能とし、添加剤噴射弁は、添加剤が、屈曲部の屈曲方向外周側から、角部付近の直上を横切りながら触媒の入口端面へ噴射するように設けて、角部付近に発生する圧力により、噴射流の偏向を抑えて、添加剤の噴射流の向きが所定の向きに一定に保たれるようにした。

0008

請求項2に記載の発明は、さらに最も効果的に噴射流に偏向を抑える力が作用するように、添加剤噴射弁から、角部付近の直上を斜めに横切るように添加剤の噴射するようにした。
請求項3に記載の発明は、さらに添加剤の噴射飛翔距離が確保される構造に対処できるよう、添加剤噴射弁は、屈曲部を流れる排気ガス流から遠ざけて設けた。

0009

請求項4に記載の発明は、さらに噴射流の偏向を抑える力が発生しやすいよう、屈曲部から触媒の入口端面までの排気管部を、屈曲部の出口側から徐々に流路面積拡張する拡張部で形成した。

発明の効果

0010

請求項1の発明によれば、エンジンから排気される排気ガスの挙動により、屈曲部の内周側からの噴射流を押す力が変化しても、屈曲部の外周側の壁面と触媒の入口端面とがなす角部付近に発生する圧力により、屈曲部の内周側とは反対側の外周側から、偏向を抑える圧力が加わるので、添加剤の噴射流は所定の方向に一定に保ち続ける。
したがって、添加剤の噴射流の過大な偏向を抑えることができる。この結果、添加剤を触媒へ均一に供給させることができ、同触媒の機能を十分に発揮させることができる。

0011

請求項2の発明によれば、添加剤の噴射流が、角部付近で発生する圧力を受けやすい地点を通過するから、噴射流に対して、最も効果的に偏向を抑える力を与えることができる。
請求項3の発明によれば、さらに上記効果に加え、添加剤の噴射飛翔距離が確保される排気ガス浄化装置に対して容易に対処できる。

0012

請求項4の発明によれば、さらに上記効果に加え、拡張部の形成により、噴射流の偏向を抑える力が発生しやすくなる。

発明を実施するための最良の形態

0013

以下、本発明を図1図3に示す一実施形態にもとづいて説明する。
図1はディーゼルエンジン(内燃機関)の排気系を示している。同図中1は、ディーゼルエンジンのエンジン本体、1aは同エンジン本体1のエキゾーストマニホールド(一部しか図示せず)、2はそのエキゾーストマニホールド1aの出口に接続された過給機、例えばターボチャージャを示している。

0014

ターボチャージャ2の排気出口には、排気ガス浄化装置3が設けられている。この排気ガス浄化装置3には、例えば、排気ガス中のNOx(窒素酸化物)を吸蔵し、定期的に吸蔵したNOxを還元除去するNOx除去系3aと、PM(パティキュレートマター)を捕集するPM捕集系3bとを組み合わせた装置が用いられている。
例えば、NOx除去系3aには、ターボチャージャ1aの排気出口から、下方へ向うように連結された、前段触媒となる酸化触媒5(本願の触媒に相当)が内蔵された触媒コンバータ6と、同触媒コンバータ6の後に横方向に連結された、NOxトラップ触媒8が内蔵された触媒コンバータ9と、後述する酸化触媒5へ触媒反応用の燃料(添加剤)を供給する燃料添加弁23(添加剤噴射弁)とを組み合わせた構成が用いられている。また捕集系3bには、触媒コンバータ9に、パティキュレートフィルタ11が内蔵された触媒コンバータ12を連結した構成が用いられている。これらの触媒コンバータ6,9,12や同コンバータ間をつなぐ接続部13などから、ディーゼルエンジン(エンジン本体1)から排気された排気ガスを外部へ導く排気管部15を構成している。

0015

このうち触媒コンバータ6の酸化触媒5を収容している縦筒形のハウジング17は、上部側がほぼL形に成形されていて、上部のターボチャージャ2と接続される入口部17aを横向きに配置させている。なお、触媒コンバータ9と連通する出口部17bは、下向きの配置となっている。このハウジング17により、排気管部15のうち、ディーゼルエンジンの排気側の直後の地点に、L形に屈曲した屈曲部15aを形成している。この屈曲部15aの直下の部分に触媒設置スペースを確保して、同地点に酸化触媒5が設置してある。

0016

燃料添加弁23は、この酸化触媒5へ、触媒反応に求められる燃料の噴射を果たすために、酸化触媒5の直上の地点、例えば屈曲部15aの外周側の壁部に設けられている。この燃料添加弁23は、燃料を噴射する燃料噴射部を先端部にもつ。燃料添加弁23は、屈曲部15aの外周部から外側へ分岐する筒形部材24の端に有る取付フランジ24aに、台座25を介して設置されている。そして、燃料添加弁23の先端部の燃料噴射部を、筒形部材24の内部空間で形成される燃料噴射通路24bに臨ませている。これにより、燃料添加弁23は、屈曲部15a内を流れる排気ガス流から遠ざけた地点に配置して、燃料噴射部23aが高温の排気ガス流に晒されずにすむようにし、燃料添加弁23の耐熱温度超過したり、燃料添加弁23がデジポットを発生しやすい温度になったりするのを避けている。なお、台座25の内部には、さらに温度超過を抑えるために、冷却水で冷却されるよう冷却水路25aが形成してある。

0017

一方、排気管部15のうち屈曲部15aの各部は、図1中の矢印aに示されるように入口部17からの排気ガスを、酸化触媒5の入口端面5aと屈曲部15aの外周側の壁面15b(本願の排気管部の屈曲方向外周側の壁面に相当)がなす角部付近Aへ向って導入させるように曲成している。この曲成により、角部付近Aは、排気ガスとの衝突によって、ディーゼルエンジンの運転中、他の部分よりも圧力が高く(上昇)なるようにしている。

0018

燃料添加弁23は、屈曲部15aの屈曲方向外周側から、上記角部付近Aの直上を横切りながら酸化触媒5の入口端面5aの所定位置、例えば中央へ噴射するように設けてある。具体的には、燃料添加弁23の姿勢は、噴射された燃料の噴射流αが、角部付近Aの直上を斜めに横切りながら噴射される向きに定めてある。これにより、噴射流αを偏向させる要因となる、噴射流αを屈曲部15aの内周側から押す力に対抗して、角部付近Aに発生する圧力が、反対側の屈曲部15aの外周側から押す力として加わる構造にしている。

0019

他方、屈曲部15aから酸化触媒5の入口端面5aまでの排気管部分は、記屈曲部15aの出口側から徐々に入口端面5aへ向うにしたがって、漸次、流路面積が大きくなるように成形されている。これで、酸化触媒5の前方に流路面積を拡張させた拡張部26を形成している。この拡張部26により、噴射流αに加わる背圧を発生しやすくしている。むろん、拡張部26は、排気ガスの流速を低下させて、燃料と排気ガスとが混合されやすくする機能も併せもつ。

0020

なお、燃料添加弁23から噴射される燃料は、酸化触媒5の反応により還元剤を生成し、この還元剤でNOxトラップ触媒8に吸蔵されたNOxやSOxを還元除去したり、同じく酸化触媒5の反応で得た昇温により、パティキュレートフィルタ11で捕集したPMを燃焼除去したりするのに用いるものである。そのため、燃料添加弁23は、ディーゼルエンジンを制御する制御部、例えばECU(図示しない)によって、ディーゼルエンジンの運転中、NOxやSOxの還元除去、PMの燃焼除去といった、触媒反応が求められるときに燃料が噴射されるようになっている。

0021

つぎに、このように構成された排気ガス浄化装置3の作用を図1図3を参照して説明する。
ディーゼルエンジンの運転中、ディーゼルエンジンから排気された排気ガスは、図1に示されるようにエキゾーストマニホールド1a、ターボチャージャ2、ハウジング17、酸化触媒5、NOxトラップ触媒8およびパティキュレートフィルタ11を通じて、外気へ排気される。

0022

排気ガス中に含まれるNOxは、NOxトラップ触媒8に吸蔵され、同じくPMは、パティキュレートフィルタ11により捕集される。
吸蔵されたNOxや捕集されたPMを除去する時期となり、燃料添加弁23が作動したとする。
すると、燃料添加弁23の燃料噴射部から、NOxやPMを除去するための燃料が、図1および図2に示されるように燃料噴射通路24bを通じて、酸化触媒5の入口端面5aの中央へ噴射される。αはその燃料の噴射流を示す。

0023

燃料の噴射流αは、図2あるいは図3に示されるように屈曲部15aを通過した排気ガス流βにより、横方向、具体的には屈曲部15aの内周側から押される。
排気ガス流βで噴射流αを押す力は、ディーゼルエンジンの運転状態が、図2に示されるように排気ガスの流量や流速が小さい低負荷運転時(エンジン回転数:小)のときであれば小さく、図3に示されるように排気ガスの流量や流速が増大する高負荷運転時(エンジン回転数:大)のときであれば大きい。

0024

このとき、エンジン運転中、屈曲部15aの外周側の角部付近Aでは、屈曲部15aを流れる排気ガスが角部付近Aに衝突することによって、圧力の高い部分Sが発生している。
この圧力の高い部分Sは、図3に示されるように排気ガスの流量や流速が高くなるほど圧力が上昇し、図2に示されるように排気ガスの流量や流速が小さくなるほど小さくなるという、ディーゼルエンジンの運転状態に応じた挙動を示す。

0025

ここで、噴射流αは、角部付近Aの直上を横切るように通過するから、屈曲部15aの外周側から、噴射流αに対して、角部付近Aで発生した圧力が加わる。
噴射流αは、低負荷運転〜高負荷運転を問わずいずれの運転のときでも、屈曲部15aの内周側から排気ガス流βにより押されて偏向しようとするが、角部付近Aに発生した圧力が、屈曲部15aの外周側から加わり噴射流αを押し、噴射流αの偏向を抑える。

0026

このことにより、どのようなディーゼルエンジンの運転状態でも、噴射流αには、屈曲部15aの内周側と外周側とから同等の力が作用するので、過大な偏向は抑えられる。
したがって、燃料の噴射流αは、過大な偏向量を発生させずにすみ、噴射流αの向きを所定の向きにほぼ一定に保つことができる。この結果、反応のための燃料を酸化触媒5へ均一に供給させることができ、酸化触媒5の機能を十分に発揮させることができる。

0027

しかも、噴射流αは、角部付近Aに発生する圧力を受けやすいよう、角部付近Aの直上を斜めに横切るように通過させてあるので、最も効果的に噴射流αに、偏向を抑える力を与えることができる。
特に、こうした偏向を抑える構造は、燃料添加弁23を排気ガス流から遠ざけて、燃料の噴射飛翔距離を確保し、貫徹力を小さくさせて燃料を酸化触媒5の入口端面5aに噴射する構造には、好適で、対処しやすい。

0028

そのうえ、屈曲部15aの出口側から酸化触媒5までを、徐々に流路面積を拡張させた拡張部26とすると、角部付近Aから、噴射流αの偏向を抑える力が発生しやすく、十分に効果が発揮しやすい。
なお、本発明は上述した一実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施しても構わない。例えば一実施形態では、屈曲部の直下流の触媒として酸化触媒を用い、その下流にNOxトラップ触媒、パティキュレートフィルタを設けた排ガス浄化装置に本発明を適用した例を挙げたが、これに限らず、他の浄化方式の排気ガス浄化装置、例えば屈曲部の直下流の触媒としてNOxトラップ触媒を用い、その下流にパティキュレートフィルタを設け、NOxトラップ触媒の上流に添加弁を設けた排気ガス浄化装置でも、屈曲部の直下流の触媒としてNOxトラップ触媒を用い、その下流にNOxトラップ触媒、酸化触媒、パティキュレートフィルタを設け、NOxトラップ触媒の上流に添加弁を設けた排気ガス浄化装置や、または添加剤噴射弁の直下流に選択還元型触媒やパティキュレートフィルタを設けた排気ガス浄化装置などに本発明を適用しても構わない。

0029

さらに、一実施形態では、添加剤として燃料を用いて説明したが、触媒に供給するものであれば何でもよく、例えば還元剤としての軽油ガソリンエタノールジメチルエーテル天然ガスプロパンガス尿素アンモニア水素一酸化炭素などでもよい。また、還元剤以外の物質でもよく、例えば触媒冷却のための空気,窒素二酸化炭素などや,パティキュレートフィルタに捕集したの燃焼除去を促進させるための空気やセリアなどでもよい。

図面の簡単な説明

0030

本発明の一実施形態に係る排気ガス浄化装置の構造を示す一部断面した側面図。
エンジンの低負荷運転時(エンジン回転数:小)において、燃料を噴射したときの状況を説明する側断面図。
エンジンの高負荷運転時(エンジン回転数:大)において、燃料を噴射したときの状況を説明する側断面図。

符号の説明

0031

1エンジン本体
3排気ガス浄化装置
5酸化触媒(触媒)
5a入口端面
15排気管部
15a屈曲部
15b 外周側の壁面
23燃料添加弁(添加剤噴射弁)
24燃料噴射通路
26拡張部
A角部付近
S 圧力の高い部分
α 噴射流

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い技術

関連性が強い 技術一覧

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ